1.2.3. Стадии эволюции Земли

Земля как небесное тело, являющееся частицей космоса, на протяжении своей истории претерпела множество превращений.

Процесс эволюции Земли, как и развитие жизни на Земле, идет от простого к сложному. Николай Заболоцкий писал:

Природы вековечная давильня
Соединила смерть и бытие
В один клубок, но мысль была бессильна
Соединить два таинства ее.

Рис. 1.6. Эволюция Земли на одной и той же временной шкале

Эти два таинства природы действуют в одном направлении, в древнейшем, полученном жизнью в наследство со времен образования Земли.

Космические явления распространяются на нее в виде всемирного тяготения, солнечной радиации и др. и в значительной мере определяют развитие жизни, имеют самое непосредственное отношение к происходящим на Земле процессам, к ее строению. Вместе с тем Земле свойственны и чисто земные процессы, которые тесно связаны с космическими процессами и в совокупности создали Землю такой, какой она есть, с бурно кипящей жизнью, с ее прошлым, теряющимся в необозримых просторах Вселенной, с ее будущим.

Многие сотни миллионов лет на Земле происходят процессы энергетического обмена, преобразования и накопления различных форм энергии. Земля со всеми ее оболочками – единый организм, в котором сохраняется определенное динамическое равновесие между отдельными частями, в том числе между живым и неживым веществом.

На рис. 1.6 схематично представлены главные события эволюции Земли на одной и той же временной шкале. Согласно существующим представлениям, учеными рассматриваются три основные стадии структурных преобразований примитивной Земли. Первая, предшествовавшая формированию земного ядра, названа стадией горячих первичных вулканов, вторая – послеядерной стадией вулканов гавайского типа и третья, последняя, – биологической.

В ходе первой стадии внутренняя часть планеты подвергалась быстрым и значительным структурным перестройкам. Вулканическая деятельность, грозы, падения метеоритов, высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца были очень интенсивными. Это излучение было в высшей степени важно для возникновения и эволюции жизни в ходе первых 2,5 млрд. лет. Другими источниками энергии были электрические разряды, теплота, радиоактивность.

В атмосфере присутствовали главным образом азот, окись углерода, водород, водяной пар и сероводород.

Именно в этом периоде на Земле появилась вода. Считается, что первичная гидросфера возникла в результате выделения из мантии Земли жидких легкоподвижных растворов и газов. Выделяясь в виде паров, вода конденсировалась и выпадала чудовищными и почти непрерывными ливнями. На поверхности земной коры формировались мелкие озера пресной дождевой воды, содержащие вулканический пепел.

Сегодня водная оболочка Земли – гидросфера – включает в себя всю воду планеты, находящуюся в жидком, твердом (лед) и газообразном (водяной пар) состоянии.

Общий объем воды на планете остается практически неизменным и составляет порядка 1,5 млрд. км 3. Мировой океан – главная составная часть гидросферы. На его долю приходится около 94% объема вод. Далее следуют подземные воды, ледники, поверхностные воды (озера, реки, болота, почвенные воды).

Под воздействием солнечного излучения вода в природе совершает непрерывный круговорот. Испаряясь с поверхности рек, озер и морей, с влажной почвы, травы, листьев деревьев и кустарников, она поднимается вверх в виде водяного пара, сгущается

в облака, переносится ими, а затем выпадает на земную поверхность, стекает в реки и моря, впитывается почвой, поглощается растениями и снова испаряется. Система мирового круговорота воды, пространственная непрерывность Мирового океана, общность происхождения вод свидетельствуют, что гидросфера едина.

Для второй стадии характерно образование ядра Земли. Около 4000 млн. лет тому назад, после того как в результате распада короткоживущих радиоактивных элементов и гравитационного сжатия внутренняя температура Земли возросла, полурасплавленная внутренняя часть планеты подверглась резкой перестройке. Образование ее ядра, которое, как считает большинство исследователей, является в основном железо-никелевым, произошло вследствие непрерывного плавления глубоких внутренних областей. После его формирования внутреннее строение нашей планеты оставалось по существу без изменений, а минеральный состав мантии и земной коры сохраняется одним и тем же вплоть до наших дней.

Вторая стадия эволюции Земли продолжалась примерно 1500–2000 млн. лет, завершившись биологическим образованием кислорода.

В ходе этого длительного периода физические условия постепенно изменялись: вулканическая активность снижалась, частота падений метеоритов уменьшалась, соленость океанов увеличивалась. Но продолжало поступать высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца. В таких условиях возникла жизнь.

К этому времени относятся древнейшие осадочные породы, что говорит о формировании постоянных океанов. Первые из известных осадочных пород, найденные в Исуа (Гренландия), имеют возраст около 3800 млн. лет. Более древние отложения представлены только кристаллическими породами.

Третья стадия эволюции планеты, называемая биологической, характеризуется образованием свободного кислорода в атмосфере около 2000 млн. лет тому назад, когда у фотосинтезирующих организмов развилась способность использовать видимый свет как источник энергии и воду как донора электронов.

Накопление свободного кислорода в атмосфере происходило до времени в 600 млн. лет тому назад, когда возникли сложные многоклеточные формы жизни. После того, как в атмосфере накопился свободный кислород фотосинтезного происхождения, он стал поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца, образовав озоновый слой. В результате солнечное ультрафиолетовое излучение перестало достигать поверхности Земли. Формирование озонового экрана стало одним из самых значительных событий в истории природной среды, поскольку оно позволило развиться земным биологическим системам.

Кислород в земной атмосфере, составляющий 21%, находится в состоянии динамического равновесия благодаря постоянному пополнению за счет жизнедеятельности растений, т.е. за счет жизни на Земле. Этот феномен со всей наглядностью показывает, как развитие жизни на Земле приводит к космическим последствиям.

Эволюция Земли, процессы формирования ее атмосферы и биосферы происходили совместно в постоянной взаимосвязи.

Эти процессы шли в неразрывной связи с эволюцией континентальных массивов, которые в течение длительного времени земной истории составляли единый древний материк, называемый Пангеей. Примерно 200 млн. лет тому назад начался процесс образования современных континентов.